LTE : công nghệ di động băng rộng cho thế hệ sau 3G

LTE : công nghệ di động băng rộng cho thế hệ sau 3G

Các mạng 3G/WCDMA sẽ vẫn duy trì tính cạnh tranh cao trong một vài năm tới nhờ những sự tăng cường đến từ HSPA và HSPA+. Tuy nhiên, trong thập kỉ tới lưu lượng số liệu sẽ tăng một cách đáng kể. Các dịch vụ này sẽ đòi hỏi lượng tài nguyên mạng nhiều hơn so với các dịch vụ thoại truyền thống, vì vậy việc tăng dung lượng số liệu sẽ phải đi cùng với việc hạ thấp chi phí phân phối. Do đó, các mạng thế hệ sau sẽ có tính khả thi và các cách tiếp cận mới đối với giao diện không gian, mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi, giảm sự phân cấp mạng và loại bỏ tắc nghẽn nút cổ chai. Công nghệ LTE sẽ đáp ứng các yêu cầu đó.

                                                                                    Th.S. Đàm Thị Mỹ Hạnh

Các mạng 3G/WCDMA sẽ vẫn duy trì tính cạnh tranh cao trong một vài năm tới nhờ những sự tăng cường đến từ HSPA và HSPA+. Tuy nhiên, trong thập kỉ tới  lưu lượng số liệu sẽ tăng một cách đáng kể. Các dịch vụ này sẽ đòi hỏi lượng tài nguyên mạng nhiều hơn so với các dịch vụ thoại truyền thống, vì vậy việc tăng dung lượng số liệu sẽ phải đi cùng với việc hạ thấp chi phí phân phối. Do đó, các mạng thế hệ sau sẽ có tính khả  thi và các cách tiếp cận mới đối với giao diện không gian, mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi, giảm sự phân cấp mạng và loại bỏ tắc nghẽn nút cổ chai. Công nghệ LTE sẽ đáp ứng các yêu cầu đó.

1. LTE LÀ GÌ?

LTE là viết tắt của Long Term Evolution (Sự tiến hóa trong tương lai xa) miêu tả công việc chuẩn hóa của 3GPP để xác định phương pháp truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới cho các hệ thống truyền thông di động.

LTE là bước tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G. Xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật của họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm GSM, GPRS và EDGE, WCDMA và HSPA), LTE cung cấp một con đường tiến hóa đến các tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn. Cùng với sự hiệu quả hơn trong  sử dụng phổ tần hữu hạn của các nhà khai thác, LTE cho một môi trường dịch vụ di động hấp dẫn và phong phú hơn.

3GPP LTE  là một trong số 5 chuẩn không dây trong “3.9G”, các chuẩn “3.9” G khác là:

• 3GPP HSPA+
• 3GPP EDGE Evolution
• 3GPP2 UMB
• Mobile WiMAX™ (IEEE 802.16m)

Tất cả đều có chung mục đích về mặt cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần với hệ thống có độ rộng băng lớn nhất cung cấp tốc độ cao nhất thông qua việc sử dụng các sơ đồ điều chế bậc cao hơn và công nghệ đa ăn ten, từ phân tập thu và phát cơ bản đến phân tập không gian MIMO.

2. CÁC TÍNH NĂNG CỦA LTE

Từ quan điểm kỹ thuật, mục đích cơ bản của LTE là  cung cấp các tốc độ số liệu cao hơn cho cả truyền dẫn đường lên và đường xuống. Ngoài việc tăng tốc độ số liệu thực, LTE còn làm giảm trễ gói; giới hạn xác định tình trạng phản ứng lại của trò chơi điện tử, VoIP, thoại video và các dịch vụ thời gian thực.

Từ khía cạnh nhà khai thác, độ rộng băng tần kênh linh hoạt và chế độ hòa hợp FDD/TDD của LTE cho phép sử dụng sóng mang hiện tại và nguồn phổ tần trong tương lai một cách hiệu quả hơn. LTE cũng cung cấp một nền tảng mạnh mẽ hơn cho các nhà khai thác để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng hấp dẫn trong miền di động.

Sau đây là các đặc điểm quan trọng của LTE:

-  Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu: LTE được xây dựng trên một mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM. Được chỉ rõ trong 3GPP Release 8, giao diện không gian  LTE kết hợp đa truy nhập và điều chế dựa trên OFDMA cho đường xuống, cùng với SC-FDMA cho đường lên. OFDM chia phổ tần khả dụng thành hàng nghìn sóng mang con cực hẹp, mỗi trong số chúng mang một phần của tín hiệu. Ở LTE, hiệu quả sử dụng phổ tần của OFDM được tăng cường lên nhờ các sơ đồ điều chế bậc cao hơn như là 64QAM, FEC tinh vi như là bit đuôi, mã hóa xoắn, mã hóa turbo, cùng với các kỹ thuật vô tuyến bổ sung như MIMO và định dạng chùm lên đến 4 anten mỗi trạm. Kết quả là thông lượng trung bình gấp 5 lần của HSPA, tốc độ số liệu đường xuống cực đại về mặt lý thuyết là 300 Mbit/s cho mỗi phổ tần 20 MHz, tốc độ đường lên theo lý thuyết của LTE có thể đạt  75 Mbit/s cho mỗi phổ tần 20 MHz.

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao: Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn của LTE cho phép các nhà khai thác cung cấp ngày càng tăng số lượng khách hàng trong vùng phổ tần đang tồn tại và trong tương lai với chi phí phân phối mỗi bit được giảm xuống.

- Kế hoạch tần số linh hoạt: LTE có thể được cung cấp tối ưu trong ô có kích thước lên đến 5 km, khả dụng trong ô có bán kính lên đến 30 km, và sự thực thi bị giới hạn trong các ô có bán kính lên đến 100 km.

- Trễ được giảm: Bằng cách giảm thời gian round-trip xuống còn 10 ms hoặc thậm chí ít hơn (so với 40-50 ms cho HSPA), LTE cung cấp trải nghiệm người sử dụng đáp ứng nhanh hơn. Điều này cho phép các dịch vụ tương tác, thời gian thực như là trò chơi điện tử nhiều người, hội thảo video/audio chất lượng cao.

- Môi trường toàn IP: Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP, sự khởi đầu này được xem như  Tiến hóa kiến trúc hệ thống (SAE) và hiện nay được gọi là Lõi gói cải tiến (EPC). Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động  phi 3GPP và các mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống như phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay- vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và cố định khác.

- Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: Người sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và phải truy nhập đến các dịch vụ số liệu cơ sở, thậm chí khi họ nằm trong vùng không phủ sóng LTE. Do đó, cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, liền, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE/SAE hỗ trợ không chỉ chuyển giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh.

- Khả năng giảm chi phí: Đưa ra những tính năng như RAN đa nhà cung cấp hoặc mạng tự tối ưu SON sẽ giúp giảm OPEX và cung cấp tiềm năng giảm chi phí trên mỗi bit thấp hơn.

3. BĂNG TẦN TRIỂN KHAI LTE

Công nghệ LTE phù hợp triển khai trên độ rộng băng tần trong phạm vi từ 1.25 MHz đến 20 MHz,  hơn thế nữa, nó có thể hoạt động trong tất cả các băng tần 3GPP theo cặp phổ tần hoặc không theo cặp phổ tần.

Như vậy, mạng LTE có thể triển khai trên bất cứ băng tần nào được sử dụng bởi các hệ thống 3GPP. Bao gồm các băng tần lõi IMI-2000 (1.9-2 GHz) và các băng mở rộng (2.5 GHz) cũng như là 850-900MHz, 1800MHz, 1.7-2.1 GHz và băng UHF gần đây được xem xét ở Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới ( World Radiocommunication Conference -WRC-07) cho các dịch vụ di động ở một số trên thế giới. Ngoài các vị trí hiện tại, một số lượng ứng cử viên băng tần dưới 5 GHz cũng được ITU công nhận như là sự phù hợp tiềm năng của các dịch vụ IMT như LTE. Trong khi khai thác các băng tần cao hơn 5 GHz cho việc cung cấp tốc độ số liệu cực cao thông qua triển khai mạng LTE là khả thi, thách thức đặt ra liên quan đến việc cung cấp các vùng phủ sóng quốc gia/diện rộng ở chi phí thực tế. Sự linh hoạt của LTE thể hiện ở việc hoạt động ở độ rộng băng trên một cả một phạm vi cũng cho phép các nhà khai thác triển khai LTE trong các vùng phổ tần đang tồn tại của họ. Điều này có thể thu được thông qua sự tái quản lí, được xem xét bởi nhiều bên trong chuỗi giá trị viễn thông di động, như là một tùy chọn chi phí hiệu quả đối với yêu cầu lưu lượng đang tăng.

Bảng 1. Các băng tần hỗ trợ LTE

4. CÁC DỊCH VỤ LTE

Tốc độ truyền đường xuống (và đường lên) rất cao với sự linh hoạt hơn, hiệu quả sử dụng phổ tần và giảm trễ gói, LTE hứa hẹn tăng cường việc phân phối các dịch vụ băng rộng di động và thêm tính năng cho các dịch vụ giá trị gia tăng mới đang tồn tại.

Chỉ mục dịch vụ	Môi trường hiện tại	Môi trường LTE
Thoại	Audio thời gian thực	VoIP, hội thảo video chất lượng cao
Nhắn tin P2P	SMS, MMS, email với quyền ưu tiên thấp	Tin nhắn hình ảnh, IM, email di động, tin nhắn video
Trình duyệt	Truy nhập đến các thông tin dịch vụ trực tuyến cho những người sử dụng nào chi trả giá mạng chuẩn. Hiên tại giới hạn việc duyệt WAP trên các mạng GPRS và 3G.	Duyệt web siêu nhanh, tải nội dung lên các trang mạng xã hội.
Thông tin trả trước	Nội dung cho người sử dụng nào trả trên cước mạng chuẩn. Phần lớn là thông tin dựa trên văn bản	Báo điện tử, luồng audio chất lượng cao.
Cá nhân hóa	Phần lớn là nhạc chuông	Âm thực (bản ghi gốc của các nghệ sĩ), các trang web di động cá nhân hóa
Trò chơi điện tử	Trò chơi điện tử trực tuyến và có thể tải về.	Trải nghiệm trò chơi điện tử như nhau ở cả mạng di động và cố định.
TV/Video theo yêu cầu	Nội dung  video có thể tải về và theo luồng.	Các dịch vụ truyền hình quảng bá, truyền hình theo yêu cầu thực, luồng video chất lượng cao.
Âm nhạc	Dịch vụ radio tương tự và tải về toàn bộ bài.	Lưu trữ và tải xuống âm nhạc chất lượng cao.
Tin nhắn nội dung và phương tiện	Nhắn tin peer – to – peer nhờ sử dụng nội dung bên thứ ba cũng như là tương tác với phương tiện khác.	Phân bố trên phạm vi rộng các đoạn video, dịch vụ karaoke, quảng cáo di động dựa trên video.
M-thương mại	Đặt các giao dịch (bao gồm cả đánh bạc) và phương tiện chi trả trên mạng di động	Điện thoại di động như là thiết bị chi trả, với chi tiết về sự chi trả được tải trên các mạng tốc độ cao để cho phép hoàn thiện các giao dịch tốc độ cao.
Mạng số liệu di động	Truy nhập các mạng Internet nội bộ và cơ sở dữ liệu cũng như là sử dụng các ứng dụng như CRM.	Truyền tập P2P, các ứng dụng kinh doanh, chia sẻ ứng dụng, truyền thông M2M, mạng Internet nội bộ/mạng nội bộ mở rộng di động

Bảng 2. Dịch vụ và ứng dụng của LTE

5. CÁC TÙY CHỌN NÂNG CẤP LÊN  LTE

 

Hình 1. Các tùy chọn phát triển lên LTE

LTE cung cấp con đường tiến hóa cho các nhà khai thác triển khai tất cả các công nghệ 3GPP và phi 3GPP. Song song với giao diện vô tuyến mới cấp cao của nó, LTE yêu cầu sự tiến hóa từ các mạng chuyển mạch lai kênh/gói hiện nay trở thành một môi trường đơn giản hóa, toàn IP. Dựa trên họ chuẩn UMTS/HSPA, LTE sẽ tăng cường các khả năng của các công nghệ mạng tế bào hiện tại để thỏa mãn yêu cầu ngày càng cao của khách hàng có thói quen với các dịch vụ băng rộng cố định. Như vậy, nó hợp nhất môi trường định hướng thoại của các mạng di động hiện nay với các khả năng dịch vụ tập trung số liệu cho Internet cố định. Một mục tiêu then chốt khác của dự án là hòa hợp các hệ thống LTE cùng tồn tại với các mạng chuyển mạch kênh kế thừa. Điều này cho phép các nhà khai thác đưa ra LTE hoàn toàn IP và duy trì giá trị của các nền tảng dịch vụ dựa trên thoại đang tồn tại trong khi thu lợi từ sự đẩy mạnh thực thi LTE  cho các dịch vụ số liệu.

            Có nhiều tùy chọn để nâng cấp công nghệ mạng hiện tại lên LTE cho cả các công nghệ 3GPP và phi 3GPP. Với các công nghệ mạng tế bào 3GPP, con đường tiến hóa lên LTE dễ thấy nhất là từ GSM lên EDGE, tiếp theo lên WCDMA rồi HSPA và cuối cùng là lên LTE. Ngoài ra, còn có nhiều con đường phát triển trực tiếp từ công nghệ 3GPP hiện tại lên LTE mà bỏ qua các bước trung gian khác, chẳng hạn từ công nghệ WCDMA lên LTE mà bỏ qua bước phát triển trung gian lên HSPA. 

Sự tiến hóa lên LTE là tự nhiên đối với các nhà khai thác dựa trên họ công nghệ 3GPP. Nhưng với nhiều nhà khai thác di động dựa trên các công nghệ phi 3GPP (như CDMA2000 của 3GPP2) cũng nên có quyết định tiến lên LTE bởi vì hệ thống tương đương với LTE của 3GPP2 là UMB đã bị hủy chọn. Để tiến lên thế hệ 4G thì hoặc là sẽ triển khai LTE hoặc là triển khai một hệ thống không dây hoàn toàn khác là WiMAX. Việc quyết định theo hướng nào còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như kinh tế, thị trường..... Tuy nhiên, như nhiều nhà khai thác CDMA2000 trên thế giới đã quyết định chuyển sang LTE. 

Việc lựa chọn con đường di trú lên LTE phụ thuộc vào nhiều tham số bao gồm chiến lược truy nhập vô tuyến, chiến lược tài nguyên mạng, các dịch vụ cho phép, định thời và chi phí. Mục tiêu then chốt là tăng cường việc cung cấp dịch vụ trong khi đơn giản hóa sự liên hoạt động với các mạng di động phi-3GPP. Ở đây, đặc biệt xin đề cập cụ thể hơn đối với con đường di trú lên LTE của các nhà khai thác CDMA2000. Có 3 con đường di trú cơ bản lên LTE khả dụng cho các nhà khai thác CDMA2000 là:

1. Phủ lên trên mạng đang tồn tại: Triển khai trọn vẹn một mạng LTE như là một mạng thứ hai đối với mạng HRPD (số liệu gói tốc độ cao) đang tồn tại nhưng chi phí sẽ đắt và việc roaming thuê bao từ mạng HRPD đến LTE bị rớt phiên
2. Di chuyển sang UMTS (WCDMA): Đầu tiên di chuyển sang UMTS trước khi chuyển sang LTE, yêu cầu triển khai trên một mạng mới và chuyển đổi tất cả các thuê bao sang UMTS nhưng chi phí cũng đắt và thiếu phiên IP liên tục giữa mạng HRPD và mạng UMTS.
3. Sử dụng số liệu gói tốc độ cao tiến hóa – eHRPD là một phương pháp cho phép các nhà khai thác di động nâng cấp mạng lõi gói HRPD đang tồn tại nhờ sử dụng các thành phần của kiến trúc SAE/EPC. Thêm vào đó, eHRPD là con đường tiến hóa lên LTE với tính di động dịch vụ liền, bao gồm chuyển giao liền giữa eHRPD và các mạng LTE với giao thức quản lí di động đơn, giảm trễ chuyển giao, kinh tế hơn.

Hình 2. Các tùy chọn phát triển lên LTE cho họ công nghệ 3GPP2

Nguồn  http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=22272

Posted in: 3.9G, Thông tin di động